分子束外延鍍膜法是一種半導體薄膜材料製備工藝。在超高真空下，從束源噴射爐中蒸發出來的不同組元的原子束或分子束噴射到加熱的、清潔的且具一定晶向的單晶襯底表面上，與表面相互作用，外延生長單晶薄膜。
中國於1974年開始了分子束外延的研究，於1983年研製的設備投入正常運行，現已有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型國產分子束外延設備以及CBE設備。
基本介紹
- 中文名：分子束外延鍍膜法
- 外文名：Molecular Beam Epitaxy
- 簡稱：MBE
- 套用：半導體薄膜
- 出現時間：1958年
- 優點：精度高
發展歷史,特點,套用情況,
發展歷史
分子束外延是在1958年首先採用三溫度分立真空蒸發製備化學計量比的Ⅲ-Ⅴ族多晶薄膜，並於1968年改進了三溫度法真空蒸發獲得GaAs單晶薄膜的基礎上發展起來的生長薄層、超薄層單晶的新技術。美國貝爾實驗室在1968年用束流強度法研究了鎵和砷在GaAs表面的反應動力學，為此方法奠定了理論基礎。這種生長單晶薄膜的新技術，在1970年被稱為分子束外延（MBE）。由於美國貝爾實驗室的卓越工作，分子束外延在70年代獲得迅速發展。目前，用分子束外延生長的片子，其組分、厚度、摻雜濃度的均勻性已可控制在±1%。外延層厚度已達原子層量級可控。
80年代以來，分子束外延根據所採用的Ⅲ族和Ⅴ族束源材料形態的不同又發展了氣態源分子束外延（GSMBE）、金屬有機物分子束外延（MOMBE）、化學束外延（CBE）。
中國於1974年開始了分子束外延的研究，於1983年研製的設備投入正常運行，現已有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型國產分子束外延設備以及CBE設備。中國MBE生長的材料包括了Ⅲ-Ⅳ，Ⅱ-Ⅵ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅳ-Ⅵ，Ⅲ-Ⅴ/Ⅳ族薄層、超薄層材料，並研製出HEMT、HBT、MESFET、QWLD、PIN探測器等。
特點
分子束外延鍍膜法具有如下特點：（1）可以採用超高真空儀器（高能電子衍射儀、俄歇電子能譜儀）對外延層的表面結構和表面能級進行在位實時觀測，及時充分地了解生長過程中的多種信息，直接切實地控制外延層質量。（2）根據高能電子衍射強度的周期性變化，可精確控制外延層厚度，精確度達到單原子層量級。（3）通過增加噴射爐，可生長多種組成和多種摻雜的單晶外延層。（4）通過改變束流強度比例，可生長組分變化和摻雜濃度變化的單晶外延層，這些變化可能是突變的或緩變的。（5）採用適當的掩蔽技術，可進行二維圖形的選擇生長。
套用情況
分子束外延生長過程是動力學控制，均勻性好，界面陡且薄膜層厚可控，通過能帶裁剪組合，誕生了人工合成超晶格量子阱材料、量子線材料和量子點材料，開拓了凝聚態低維物理（二維、一維、零維）研究領域，導致了超高速、超高頻、量子阱光電器件的問世。用MBE生長的n-AlGaAs/GaAs調製摻雜的二維電子氣遷移率已達10cm/（V·s）。AlGaAs/GaAs高電子遷移率電晶體（HEMT）、場效應電晶體（MESFET）、光碟用的雷射器件已商品化進入市場。基於量子阱子能帶間光躍遷效應的量子阱超晶格紅外探測器材料已被認為是未來紅外探測器的最佳材料。AlGaAs/GaAs、GeSi/Si、InAsSb/InSb量子阱紅外探測器已問世。MBE生長的Ⅲ-Ⅵ族藍光發射器件（LED，LD）也已問世。MBE技術不僅廣泛用於生長半導體薄層、超薄層材料，包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ族、Ⅳ-Ⅳ族、Ⅳ-Ⅵ族以及Ⅲ-Ⅴ/Ⅳ族，而且被套用於生長絕緣層材料、超導材料。
